SE463231B - Givare foer maetning av lutningsvinkel,vinkellaege och laege - Google Patents

Description

463 231 Uppfinningens ändamål och viktigaste kännetecken Uppfinningens utgångspunkt har varit att åstadkomma en givare, som innefattar nöd- vändig teknisk utrustning för att erhålla alla de förutsättningar som krävs för att uppnå, god stabilitet, liten onoggrarimet och hög upplösning. Dessutom skall åldringsfaktorer hos ingående komponenter ei påverka mätresultatet. Ett ändamål med uppfinningen är därför att åstadwmma en givare, som är anordnad att på ett mycket fullständigt sätt, eliminera eller reducera alla signifikanta felkällors inverkan, på det slutliga mätresul- tatet. Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en givare avsedd för mätning av vinkel, i vilken vlnkelläget omvandlas till en elektrisk signal. Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en givare för mätning av lutnings- vinkel vid horisontalplanet och vertikalplanet samt alla mellanliggande lutningsvirklar.

En sådan givare i kombination med en rätskiva kan användas som ett konventionellt vattenpass, men med ett utökat användningsområde. Ett annat viktigt ändamål med upp- finningen är att tillsammans med de redan nämnda, också åstackornrna en så tekniskt och ekonomiskt optimal lösning som möjligt. Uppfimingen kan dessutom användas vid noggann mätning av små rätlinjiga lägesföränckingar.

Det inses, att det vid mätningar av ovan nämda slag liksom i många andra samman- hang, en givare med de här nämnda egenskapema skulle vara av mycket stort värde.

Enligt uppfimingen uppnås dessa egenskaper' genom de i det följande beskrivna vik- tigaste kännetecknen.

Givaren består av två intill varandra anbragta strålningskällor med halvcirkelfonnade ytor, som tillsammans bildar en cirkelyta, för utsändning av optisk strålningsenergi.

På varje strålningskälla finns två mindre ytor belägia på stort avstånd från varandra.

Dessa ytor utsänder strålning, vars styrka är lineärt korrelerad till strålningsstyrkan vid den halvcirkelfonnade ytan. På samma sätt som de halvcirkelfonnade ytorna på varje strålningskälla bildar en gemensam cirkelyta, kommer även de mindre ytorna på strålningskällorna, att bilda två gemensamma ytor. Vid dessa ytor finns ljusledare som leder strålning till strålningskänsliga element, vilka omvandlar strålningen till elekt- riska signaler, som är avsedda att korrigera de fel som uppkommer i rnätvärdet om den utsända strålnlngens styrka från de båda strålningskällorna, på grund av drifts- fluktuationer, kommer att ändra sig relativt varandra.

Framför nämnda cirkelyta finns en cirkulär konisk ljusledare för uppsamling av strål- ningen från cirkelytan, samt för att koncentrera och fördela strålningen vid en på ljusledaren mindre yta, där ett strålningskänsligt element är anbragt, att mottaga strål- ningen och omvandla denna till en elektrisk mätsignal. s 465 231 Mellan strålningskällomas cirkelyta och den cirkulära ljusledaren finns en strålnlngs- reglerande haivcirkelformad skiva, som är obegränsat vridbar kring en centrumaxel på ett sådant sätt, att det från den ena strålningskällans halvcirkelforrnade yta utsända strålningsflöde, som når den cirkulära ljusledaren, och därmed också det strålnings- känsliga elementet, blir proportioneilt mot skivans vinkelläge. Summan av de två halv- cirkeiformade ytomas strålningsflöden, som når ljusledaren är konstant och oberoende av vinkelläget.

Den signal som bildas av strålningsflödenas summa utgör en referens för mätvärdet, som bildas av strålningsflödenas skillnad, vilken är proportionell mot det uppmätta vinkelläget. Signalema från de två strålningskälloma separeras genom växelvis ut- sändning av strålning från källoma. Två signalomvandlare omvandlar korrektions- och mätsignalema och anpassar dessa till en mikroprocessor, vilken också används för styming av strålnlngskällor och signalomvandlare, samt för att beräkna mätresultatet och omvandla detta till en digital elektrisk signal. Överföringen av vinkelläget till den strålningsregierande halvcirkeifomiade skivan, sker med ett för varje tillämpning anpassat avkännarelement. Vid lutningsmätning kan vin- kelläget överföras genom en på den stråiningsreglerande skivan fastsatt vikt, som med tyngdkraftens hjälp vrider skivan till ett bestämt läge, så att iodlinjen går genom den tidigare nämnda centrumaxeln och viktens tyngdpunkt. Vinkelmätning kan utföras ge- nom att överföra vinkeliäget genom centrumaxeln, varvid det är möjligt att mäta inom ett vlnkelmätområde upp mot 180°. Genom att kombinera två givare kan mätning utfö- ras inom hela området 360°. Rätlinjiga lägesförändringar kan överföras med en på cent- rumaxeln fastsatt ann, som påverkas vid den från centrumaxeln längst bort belägna delen.

Beskrivning av ritningar Fig. 1 visar framifrån givaren i snitt längs linjen l-l i fig. 2.

Fig. 2 visar givaren från sidan i snitt längs linjen ll-ll i fig. 1.

Fig. 3 visar en strålningskälla med åtta lysdioder.

Fig. 4 visar ett blockschema över ett givarsystem.

Fig. 5 visar ett tidsdiagram för styr- och mätsignaler mellan givare och mikroprocessor.

Fig. 6 visar en lutningsgivare i kombination med en rät-skiva.

Fig. 7 visar ett mätsignaldiagram för två givare i kombination.

Fig. 8 visar ett flödesschema för beräkning av mätsignaler i mikroprocessom, för två givare i kombination. 465 231 4 Detaljerad beskrivning av uppfinninge_n l det följande skall uppfinningen närmare beskrivas med hänvisning till bifogade rit- ningar.

Den i fig. 1 och 2 visade givaren omfattar en första strålnlngskälla 1 och en andra strålningskälla 2. Varje källa har en halvcirkeiformad strålningsutsändande yta 3, 4.

De två ytorna är placerade tätt intill varandra, och bildar en gemensam cirkelformad yta för utsändning av optisk strålning. Strålningskällorna är infattade i ett hus 5, i vilket också är infäst en cirkulär ljusledare 6, och en strålningsreglerande halvcirkel- fomiad skiva 7. Skivan är obegränsat vridbar runt en centrumaxel 8, som centrerar strålningskällornas gemensamma cirkelformade yta med den cirkulära ljusiedaren 6.

Denna ljusledare 6, som är utförd av ett för strålningen transparent plastmaterial, sam- lar strålning från strålningskällorna 1 och 2, vid den stora cirkulära ytan 9, och kon- centrerar och fördelar strålningen till en mindre cirkulär yta 10.

Detta uppnås genom att ljusiedaren 6 är utformad som en dubbelkon så att största delen av den mot ytan 9 vinkelrätt och nära vinkelrätt infallande strålningen totalref- lekteras vid de koniska ytorna 11, mot ytan 10. En mindre del av strålningen nära centrum går utan reflexion rakt in mot ytan 10. Den strålningsreglerande skivan 7 skär- mar av strålningskällornas halvcirkelfonnade ytor 3, 4, på ett sådant sätt att endast en halvcirkeiformad del av ytan 9 exponeras för strålningen, men ljusledarens utform- ning gör att strålningen blir mycket jämnt fördelad över hela ytan 10. Vid denna yta är anbragt ett strålningskänsligt element 12, som består av en fotodlod, vilken omvand- lar strålningen till en elektrisk ström. i fig. 3 visas mera i detalj den första strålningskällan 1. Vid dess baksida finns en basplatta 13, på vilkens framsida är monterade åtta lysdioder 14, som har formen av små tunna brickor. Dessa är seriekopplade, för att säkerställa att alla lysdioder matas med samma ström i. Rmt basplattan 13 finns väggar 15 som är strålningstäta, och som omsluter lång och kortsidoma. Utrymmet mellan basplattan 13 och upp till väggar- nas 15 framkant är fyllt med en diffuserad epoxyplast, som fördelar strålningen från lysdiodema 14, på ett sådant sätt att stråiningsfördelningen blir mycket jämn över hela ytan, vid strålningskällans framsida. Vidare finns ett urtag 16 för centmmaxeln 8. Vid strålningskällans framsida är anbragt en strålningstät skärm, som avgränsar en yta, efter en cirkellinje 17, så att det bildas en halvcirkelfonnad yta 3 för utsänd- ning av strålning. De omslutande väggarna 15, har vid kortsidorna öppningar. Dessa bildar två mindre ytor 18, 19, för utsändning av strålning.

Strålningen från dessa ytor och strålningen från den halvcirkelformade ytan kornmer från samma lysdioder, varför strålningsstyrkan från ytorna blir med liten onoggarlmet lineärt korrelerade till varandra. ' 5 463 231 Den andra strålningskällan 2 i fig. 1 är utförd på samma sätt som den första 1, men spegelvänd, varvid de två halvcirkelformade ytoma och de fyra mindre ytoma vid kort- sidoma kommer att parvis bilda större ytor, för utsändning av strålning. De två strål- ningskälloma 1, 2 är sammansatta tätt intill varandra med en stark termisk koppling, varför temperaturskilinader blir utjämnade mellan käiloma, som härigenom får så lika driftsförhål landen som möjligt.

Strålningskällor som är lämpliga för detta ändamål finns kommersiellt tillgängliga från exempelvis följande tillverkare.

Hewlett Packard Typ HLMP 2685 Siemens Typ OLB 2685 Dessa måste modifieras på vissa punkter innan de kan användas. De mindre ytorna 18,19, vid kortsidoma måste friläggas. Framsidan där strålning avges är i allmänhet inte tillräckligt plan, varför en planslipning av denna kan bli nödvändig. Vidare måste ett urtag 16, för centrumaxeln göras. Källoma utsänder ljusstrålning med en våglängd av omkring 630 nm. i fig. 1 och 2 visas två mindre ljusledare 20, 21, som är anbragta vid strålningskällor- nas kortsidor vid de mindre ytoma 18, 19 för utsändning av strålning. Vid varje ljus- ledare finns strålningskänsliga element 22, 23, som består av fotodioder vilka omvand- lar strålningen till elektrisk ström. Ljusledarna 20, 21 är utförda av ett diffuserat plastmaterial, som sprider strålningen på ett sådant sätt att den från varje strålnings- källa utsända strålningen fördelas över fotodiodemas 22, 23 hela strålningskänsliga yta.

Den strålningsreglerande skivan 7 kan vridas runt centrumaxeln 8, och på så sätt skär- ma av en större eller mindre del av strålningsflödet från ytoma 3, 4. Vridningsrörelsen kan överföras med vikten 24 vid mätning av lutningsvinkel, eller med den förlängda- centrumaxeln 25 vid mätning av vinkeliäge". Speciellt vid lutningsmätning kan en dämp- vätska 26 inneslutas i huset 5 för att dämpa pendelröreiser eller vibrationer, som kan förekomma vid vissa mätningar. Detta möjliggör också att ersätta vikten 24 med en flytkropp, som överför vridningsrörelsen till skivan 7. Vid mätning av rätlinjlga lägan kan en vid centrumaxeln 25 fastsatt ann (ej visad) användas. Denna arm skall påver- kas av det uppmätta läget, vid den längst bort från centrumaxeln belägna delen. Det rätlinjiga läget överförs då till ett vlnkelläge, som kan räknas om till ett rätllnjigt läge, i en i fig. 4 visad mikroprocessor 27.

Biockschemat i fig. 4 visar hur sammankopplingen med mikroprocessom 27 är utförd.

De två strålningskälloma 1, 2 matas växelvis med en konstant ström i, som genereras av en gemensam konstantströmgenerator, vilken består av en spänningskälla 28 och en konstantströrnregulator 29. 463 251 Ås Genom detta får strålningskälloma så lika driftsförhållanden som möjligt. Strömmen kan slutas och brytas med en till varje strålningskälla kopplad styrbar brytare 30 och 31. Brytarna styrs med de från mikroprocessom kommande logiska styrsignalerna S1 och S2. Strömmen sluts växelvis till strålningskälloma. Om exempelvis signalen S1 ges en hög nivå så sluts brytaren 30, varvid strömmen i1 flyter genom den första strålningskällan 1, som avger strålning under en förutbestämd tid. Efter ett kort tidsup- pehåll aktiveras den andra strålningskällan 2 på samma sätt, under en lika lång tid.

Den från strålningskällorna 1, 2 kornmaride strålningen omvandlas till en elektrisk ström i fotodioden 12. Denna ström representerar signalen B vilken omvandlas i en signal- omvandlare 32 till en tidpuls T1 , som går till mikroprocessorn 27 där den styr en räknare eller ett register, som under tidpulsens varaktighet räknar fram ett talvärde, vilket representera' signalen B. l mikroprocessom 27, som även innefattar erforderlig programvara. utförs alla nödvändiga beräkningar för att erhålla ett mätresultat M i form av en digital elektrisk signal.

Vi betecknar den signal som har sitt ursprung från den första strålningskälian -1 med B 1 och signalen från den andra källan 2 med 82. Om den strålningsreglerande skivan 7 exempelvis befinner sig I ett läge, att den skärmar av strålningen vid strålnlngskällor- nas nedre del, och den vrids moturs, så kommer detta att resultera i att signalen 81 ökar medan signalen 82 minskar i samma grad. Sunman av signalerna 81 + B 2 kom- mer att förbli konstant, medan skillnaden 81 - 82 kommer att förändras proportionellt mot skivans 7 vinkeliäge.

Under förutsättning att de båda strålningskällornas utsända strålningsflöden är lika, kan det aktuella vinkeliäget M beräknas enligt följande.

M=k+k ( 1 ) B1*B2 Där k är en områdesfaktor som skall väljas lika med halva mätområdet, varvid gäller att 0 < M < 2k. Detta sätt att använda skillnaden och summan av signalerna, vid beräk- ning av mätresultat är tidigare känt, och används i liknande sanmanlwarig exempelvis i det svenska patentet 441785 och det tyska patentet 3531378.

Emellertid kan förutsättningen att strålningskälloma 1 och 2 kommer att sända ut lika stora strålningsflöden ej garanteras vid alla driftsförhållanden. Som tidigare nämnts är givaren avsedd att användas i miljöer där stora temperaturvariatiorier kan förekomma.

Strålningskäiior av nämnda typ har en ternperattrkärrsligtiet, som påverkar strålnlngs- styrkan med ca 1%/°C, vilket innebär att det i den praktiska tillämpningen kan finnas små awikelser mellan strålningsflödena. 7 463 251 Detta innebär att det blir en mätonoggrannhet som är störst i mitten på mätområdet, men som på grund av den kvotbildning som utförs enligt ekv.1, går mot noll vid när- mande till något av mätområdets båda ändlägen. För att säkerställa att mätonoggrann- heten blir liten över hela mätområdet finns två fotodioder 22 och 23. Dessa mottager strålning samtidigt som den tidigare nämnda fotodioden 12. Strålningen omvandlas till två' elektriska strömmar, som tillförs en signalomvandlare 33. Summan av dessa ström- mar representerar sognalen K . Signalomvandlaren 33 är utförd på samma sätt som den tidigare nämnda omvandlaren 32.

Om vi betecknar den signal som kommer från den första strålningskällan 1 med Kï och signalen från den andra källan 2 med K2 , så kan vi beräkna en korrektionsfaktor c enligt följande.

K2 (2) c: K1 Signalema K1 och K2 har sitt ursprung från de två vid strålningskällornas kortsidor belägna ytoma, som utsänder strålning. Eftersom strålningskällomas halvcirkelformade ytor ligger mitt mellan dessa, så kommer signalema K1 och K2 att representera medel- värden, som med liten onoggrannhet är lineärt korrelerade till strålningsstyrkan vid de halvcirkelformade ytoma. Korrektionsfaktom c kan därför användas till att korrigera fel, som uppkommer om strålningsstyrkan från strålningskälloma ändras relativt varand- ra. Vinkelläget M kan nu beräknas om korrektlonsfaktom c insättes i ekv. 1.

C B1 - BZ M=k+k --:- ( 3 ) c B1 + 82 Noggranna mätresultat förutsätter nu att följande villkor är uppfyllda i initialskedet, nämligen att de två strålningskälloma avger lika strålningsflöden från halvclrkelytor- na och att Korrektionsfaktom c='1. Sannolikt är inte något av dessa villkor uppfyllda.

Strålningsflödena från strålningskälloma kan vara olika, exempelvis på gmnd av oli- ka temperaturkänslighet, olikheter i material eller olika tillverkningsförhållanden. För noggranna mätresultat är det viktigt att strålningsflödena är i balans med varandra för att undvika onoggrannheter i mitten på mätområdet.

Obalans i strålningsflödena kan balanseras bort på följande sätt. l initialskedet eller vid kalibreringen av givaren, skall skillnaden mellan två godtyckliga mätvärden från varje strålningskälla mätas upp i närheten av mätområdets mitt, så att ett värde A81 och ett A82 erhålles. Ur dessa beräknas en balansfaktor b enligt följande.

AB2 AB, b= (4) 465 251 8 Balansfaktorn b är då en konstant, som lagras i mikroprocessoms minne, att användas vid beräkning av mätresultatet.

Korrektionsfaktom c kan awika från värdet 1, på grund av att de två signalerna K1 och K2 kommer från olika strålningskällor, som kan ha olika strålningsflöden. Dessu- tom kan ljusledama 20 och 21 vara olika, liksom även strålningsytomas area vid strål- ningskällornas kortsldor. Dessa ofullkomligheter kan avhjälpas genom att i initialskedet dividera c med dess initialvärde c1 , varvid erhålles att (c/c1)=1, initialt. Faktom c1 är då en konstant som lagras l mikroprocessoms minne, och används vid beräkningen av mätresultatet.

Genom att använda faktorerna b, c och c1 finns det mycket goda förutsättningar, att göra en noggrann beräkning av niätresultatet M enligt följande. (cltflflb ' M=k+k ( 5 ) (c/c1)b B1 + 82 Där använda beteckningar är sammanställda nedan: M =' mätresultatet k =" områdesfaktor, för vilken gäller, 0 < M < 2k b =' balansfaktor, som anger graden av obalans mellan strålningskällornas strålningsflöden enligt ekv.4 c =' korrektiorisfaktor, för korrektion av driftsfluktuationer enligt ekv.2 c1 =' initialvärde av c B1 =c signal från strålningskälla 1 B2= signal från strålningskälla 2 Fotodioden 12 är av en typ som har liten olineäritet, vilket är nödvändigt för att er- hålla liten onoggranmet, eftersom signalen B kan få stora variationer i signalnivåerna.

Fotodiodema 22 och 23 har små signalvariatloner hos sigialen K, varför det på dessa inte behöver ställas några krav på lineäriteten.

Lämpliga fotodloder finns kommersiellt tillgängliga exempelvis från nedan angiven till- verkare.

Hamamatsu TV CO, LTD Japan Fotodiod 12 Typ 81227 66BR Fotodiod 22 och 23 Typ S122? 16BR Dessa är anpassade till den våglängd som den utsända ljusstrålningen från strålnings- källorna har.

Fotodioder av ovan angiven typ, eller liknande typer från andra tillverkare, har en temperaturberoende känslighet av ca 0,2 %/°C. 9 463 231 Temperaturberoendet hos fotodiodema ger inte något felbidrag till det slutliga mätresul- tatet, genom att samma fotodiod används för växelvis mätning av två signaler, ur vilka en kvotberäkning utförs. Om signalema 81 och 82 ändras proportionellt, som en följd av att känsligheten i fotodioden i2 ändras, så kommer det i ekv.5 beräknade slutresul- tatet M att förbli oförändrat. Av samma orsak kommer korrektionsfaktom c att förbli oförändrad vid en känslighetsändring hos fotodiodema 22 och 23, eftersom c är beräknad ur kvoten mellan K1 och K2 enligt ekv.2.

Känslighetsändringar hos fotodiodema, blir alltså automatiskt eliminerade och påverkar inte mätresultatet. Detta gäller även för ändringar i förstärkningen hos signalomvand- lama 32 och 33.

De två signalomvandlarna 32 och 33 är utförda på samma sätt, och är av typen dubbel- integrerande strömtidomvandlare. Denna typ av omvandlare ger en undertryckning av bruset i signalema från fotodiodema, vilket ökar upplösningen i mätningen. Omvand- lingen tillgår så att signalströmmen från fotodioden integreras i en analog integrator under en tid som bestäms av styrsignalen S1 eller S2 i fig.4-5. Under denna tid laddas en kondensator upp i integratom. Styrsignalema S3 respektive S4 startar sedan en urladdnlng av kondensatom med en konstant referensström, som har motsatt riktning mot signalströmmen. Under urladdningstiden genereras tidpulser T1 och T2. Tiden hos dessa pulser är proportionell mot signalema B respektive K. l mikroprocessom 27 om- vandlas dessa pulser till talvärden. Omvandlingshastlgheten kan varieras inom vida gränser och beror bland annat på typ av mikroprocessor.

Det är även möjligt att använda andra typer av signalomvandlare, som arbetar enligt andra principer. Vid mycket snabb omvandling kan det exempelvis vara fördelaktigt att använda signalomvandlare som omvandlar signalströmmen till en digital elektrisk signal i parallell fonn. De två signalomvandlama, mikroprocessom och dess programva- ra, skall anpassas till den mäthastighet och upplösning, som krävs för den aktuella tillämpningen. l givaren kan vissa måttförändringar förekomma, orsakade av förändringar i omgivnings- temperaturen. Strålningskällomas gemensamma cirkelformade yta, den strålningsreglerande skivan 7, ochden cirkulära ljusledaren 6, är centrerande till varandra med centrumaxeln 8. Någon inbördes förändring i centrumpunkten kan därför inte ske mellan dessa. Föränd- ringar av betydelse sker huvudsakligen i strålningskälloma och den cirkulära ljusleda- ren. I strålningskälloma och ljusledaren sker måttförändringar radiellt och i alla rikt- ningar från centrumaxeln räknat. I I jusledaren sker dessutom måttförändringar i axiell riktning. Dessa måttförändringar hos strålningskälloma och ljusledaren kan ge upphov till att signalnivåema ändras, men detta inverkar inte på mätresultatet, på grund av den tidigare nämnda kvotbildningen mellan signalema. 463 231 10 Som tidigare nämnts används mikroprocessom 27 för styming av olika funktioner och beräkning av det slutliga mätresultatet M, varvid den innefattar nödvändig programvara för detta ändamål. Noggrannheten i beräkningen begränsas endast av den digitala upp- lösningen och programvarans utformning. Kända systematiska fel kan korrigeras i mikro- processom. Lineäritetsfel kan exempelvis korrigeras med hjälp av programvaran där en lämplig korrektionstabell kan användas för detta ändamål.

Nedan följer en sammanställning över de åtgärder som vidtagits och de egenskaper hos givaren, som gör att de inledningsvis angivna problemen blir lösta på ett tillfreds- stäi lande sätt. 10. 11. 12.

. Korrektlon av fel som uppstår om de två strålningskällomas strålningsstyrkor ändrar sig relativt varandra.

Strålningskäilorna matas växelvis från en gemensam konstantströmgenerator, för att erhålla lika ckiftsförhållanden.

Strålningskällorna har en stark termisk koppling till varandra, för att utjämna tem- peraturskillnader. inverkan av fotodiodernas ternperatlrberoeride känslighet elimineras genom kvotbild- ning av signalerna. ' inverkan av förstärkningsvariationer hos signalomvarldlarna elimineras genom kvot- bildnlng av signalerna. integrering i slgnalomvandlarna undertrycker brus i signalerna, vilket ökar upplös- ningen.

Kvotbilmlng av signalernas skillnad och summa gör att onoggrannheten går mot noll vid nämiande till mätornrådets ändlägen även om strålnlngsstyrkan ej är lika hos strålningskällorna.

Måttförändringar på' grund av ternperaturföräncringar hos strålningskällor och den cirkulära ljusledaren blir eliminerade på grund av kvotbildning mellan signalerna.

Vibrationer dämpas med dämpvätska.

Kända systematiska fel kan korrigeras i mikroprocessorn.

Mikroprocessom kan utföra beräkning av mätresultat med liten onoggrannhet.

Kalibrering, balans, nollställning etc. underlättas och blir säkrare utförda med hjälp av mikroprocessorn. 'i n 463 231 Ett viktigt användningsområde för givaren i dess utförande för mätning av lutningsvin- kel, är att ersätta den i det konventionella vattenpasset använda libellen. I fig.6 visas en rätskiva 34, vilken innefattar en lutningsgivare 35, som är infattad i rätskivan 34 på ett sådant sätt att då rätskivan lutar 45° från horisontalplanet skall den strålnings- reglerande skivan 7 befinna sig i mitten av sitt aktiva operationsområde, som uppgår till nära 180°.

Härigenom är det möjligt att mäta lutningsvinklar som awiker åtminstonde 40° åt båda hållen från horlsontal- och vertlkalplanet. Dessutom kan alla lutningsvinklar mätas inom en av kvadrantema, som bildas av dessa plan.

Användning av två givare i kombination En givare enllgt ovanstående beskrivning kan mäta vinkellägen inom ett område som kan uppgå till nära 180°. Om emellertid två givare kombineras kan ett vinkelmätområde av 360° uppnås.

De två givarnas centrumaxlar 25 skall kopplas mekaniskt till varandra på ett sådant sätt att de två strålningsreglerande skivoma 7 är konstant vinkelförskjutna ca 90° relativt varandra. Detta kan ske exempelvis genom att centrumaxlama kopplas samman och dänned bildar en gemensam axel för givarkombinationen, eller genom att de två givaraxlarna kopplas till vridbara organ, vilka är anordnade att följas åt i. vridningsrö- relsen. Den mekaniska kopplingen till mätobjektet måste i varje enskilt fall anpassas till den aktuella tillämpningen.

Givarkombinatlonen är i detta fall avsedd att arbeta tillsammans med en gemensam mikroprocessor, i vllken de två givarsignalema sammansätts till en gemensam signal. l fig.7 visas de två signalema M1 och M zsamt den för givarkombinatlonen gemensamma signalen M som är proportionell mot det uppmätta vinkelläget A. För att erhålla en lineär signal för givarkombinationen, måste en ändring i vinkelläget A ge lika stora ändringar i signalema M1 och M 2,varvid gäller att, .Afimü (S) AA AA För att detta villkor skall vara uppfyllt, måste områdesfaktom k i ekv.5 vara lika stor i båda givama.

De i fig.7 visade signalema M1 och M2 har vid det lägsta och högsta värdet mindre områden 36, 37, 38, och 39 med större onoggrannhet. Dessa områden används därför inte vid sammansättningen av signalen M. För att kunna sammansatta de två givarsigna- lema till en gemensam signal, måste fyra konstanter d, e, f och g bestämmas med liten onoggramhet, för att inte signalen M skall bli diskontinuerl lg. 465 251 Û Konstanten d är den undre och e den övre korsningspunkten mellan signalerna M1 och M2 . Dessa konstanter kan bestämmas genom att beräkna medelvärdet av M 1 och M2 för d vid 0° eller i närheten av denna vinkel, och för e vid 180° eller dess närhet.

Konstanterna f och g beräknas ur skillnaderna mellan M1 och M2 vid eller i närheten av 90° respektive 270°. Dessa konstanter d, e, f och g lagras i mikroprocessorns minne för att sedan användas vid beräkningen av den gemensamma signalen M.

Vid beräkningen av M delas det totala vinkelornrådet upp i fyra mindre områden som kan vara lika eller ungefär lika stora. l fig.7 är dessa områden 40, 41, 42, och 43 markerade med kraftigare linjer vid M1 och M2 , vilket visar vilken givare som är aktiv inom de olika områdena. Flödesschemat i fig.8 visar hur beräkningen av M kan utföras i mikroprocessom. Beräkningen för de olika områdena 40, 41, 42, och 43 styrs av olika villkor som bestämrner hur beräkningen skall utföras. l område 40 skall villkoren M1< e och M2 g M1 vara uppfyllda och M beräknas ur M=M1 -d l område 41 skall villkoret M1 ge vara uppfyllt och M beräknas ur M=M2+f-d i område 42 skall villkoret M2) e vara Lppfyllt och M beräknas ti' M=2e+f-d-M1 l område 43 skall villkoren Mzg e och .M2 > M1 vara uppfyllda och M beräknas ur M=2e+f+g-d-M 2 På detta sätt kan ur de från varje givare kornmaride signalerna M1 och M2 , härledas en mätsignal M som är proportionell mot vinkelläget A. l ovanstående beskrivning har angivits en givare primärt avsedd för mätning av vinkel- läge. Det inses emellertid lätt, att givaren kan utföras på ett flertal olika sätt, De två korrektiorlssignalelementen 22, 23 kan exempelvis ersättas med ett enda element och eventuellt med annan placering, vilket kan vara fullt tillräckligt i mincke krävande tillämpningar. l enklare tillämpningar kan de organ som har att göra med korrektionsfak- tom c uteslutas helt, samt signalomvandlaren och mikroprocessom ersättas med enklare lösningar, varigenom en ur kostnadssyrlpllrkt fördelaktigare lösning kan erhållas.

Vidare kan principen med enklare modifikationer användas också för mätning av rät- linjiga lägesförändringar, på ett annat sätt än vad som tidigare har nämnts. De två strålningskällornas strålningsutsändande ytor 3, 4 kan exempelvis ges en kvadratisk eller rektangulär form och bilda en gemensam kvadratisk eller rektangulär strålningsut- sändande yta, framför vilken en rätlinjigt rörlig tunga eller bländare är anbragt, för reglering av strålningsflödet. Den koniska ljusledaren bör då ges en form som ansluter till strålnlngskällorna.

De i beskrivningen angivna exemplen skall därför inte anses begränsande för uppfinnin- gen som kan varieras på många olika sätt och vilkens principer kan användas i ett flertal andra tillämpningar. '

Claims (13)

w 463 231 PATENT KRAV

1. Givare huvudsakligen avsedd för mätning av lutning vid horisontalplanet och ver- tikalplanet samt alla mellanliggande lutningar, användbar också för mätning av vinkel- läge och rätlinjiga lägesförändringar, anordnad att eliminera eller reducera signifikanta felkällors inverkan på mätresultatet, innefattande en konstantströmgenerator (28, 29) och två styrbara brytare (30, 31) för matning och styming av strömmen (i) till två strålningskällor (1, 2), vid vilka två mindre strålningsledande organ-(20, 21) är anbragta för att leda strålning till två strålningskänsliga korrektionssignalelement (22, 23), inne- fattande också ett cirkulärt strålningsledande organ (6), som leder strålning till ett strålningskänsligt mätsignalelement (12), som tillika med de två först nämnda strålnings- känsliga elementen (22,23), omvandlar strålningen till elektriska signaler (K, B), av vilka signalen (B) från mätsignalelementet (12) kan påverkas med ett vridbart strålnings- reglerande organ (7), avsett för reglering av den del av strålningskällomas strålnings- flöden, som leds till det strålningskänsliga mätsignalelementet (12), samt innefattar också två slgnalomvandlande organ (32, 33), för att omvandla de strålningskänsliga elementens (12, 22, 23) signaler (K, B), och att anpassa dessa till en mikroprocessor (27), kännetecknad av: a) att de två strålningskälloma (1, 2) är anbragta intill varandra, och har förutbestämda halvcirkelfonnade ytor (3, 4), som tillsammans bildar en cirkelyta, för utsändning av strålning, och att varje strålningskälla har två förutbestämda mindre ytor (18, 19), för utsändning av strålning, vars styrka är lineärt korrelerad till strålnlngsstyrkan vid den halvcirkelfomrade ytan (3); b) att de två strålningskänsliga korrektionssignalelementen (22, 23) är anordnade att via de två mindre strålningsledande organen (20, 21) mottaga strålningen från de tvâ på varje strålningskälla nämnda mindre ytorna, på ett sådant sätt, att varje element kan mottaga strålning från båda strålningskälloma (1, 2), och att strålningen från varje strålningskälla fördelas över elementens hela strålningskänsliga yta; c) att det cirkulära strålningsledande organet (6) samlar strålningen från de två på strålningskälloma halvcirkelformade ytoma (3, 4), och koncentrerar och fördelar strål- ningen över en mindre yta (10), vid vilken det strålningskänsliga mätsignalelementet (12) är anbragt; d) att det strålningsreglerande organet (7), är obegränsat vridbart kring en centrumaxel (8), och beläget mellan strålningskällomas (1, 2) gemensamma cirkelfomlade strålnings- utsändande yta och det cirkulära strålningsledande organet (6); och e) att de två slgnalomvandlande organen (32, 33), är anordnade att mottaga signaler, det ena organet (32) från mätsignalelementet (12) och det andra organet (33) från de två korrektionssignalelementen (22, 23), och att omvandla signalerna till lämplig form, att mottagas av mikroprocessom (27). 463 251 14

2. Givare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v , att de två strålningskäns- liga korrektlonssignalelementen (22, 23) är avsedda att samtidigt mottaga strålning, växelvis från de båda strålningskällomas (1, 2) mindre ytor (18, 19).

3. Givare enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v , att det stråinlngskänsliga mätsignalelementet (12) är avsett att växelvis mottaga strålning från de båda strålnings- källornas (1, 2) halvcirkelformade ytor (3, 4).

4. Givare enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d a v , att de två korrektionssig- nalelementen (22, 23) är placerade och sammankopplade på ett sådant sätt, att de växelvis erhållna elektriska signalema (K1, KZ) representerar medelvärden, som är lineärt korrelerade till den utsända strålningens styrka hos var och en av strålnings- källornas halvcirkelformade ytor (3, 4).

5. Givare enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v , att det strålningsreglerande organet (7) kan vridas runt centrumaxeln (8), på ett sådant sätt, att det från den ena strålningskällans halvcirkelfomiade yta (3) utsända strålningsflöde, som når det clrkulära strålningsledande organet (6), blir proportionellt mot det strålningsreglerande organets (7) vinkeiläge, och att summan av strålningsflödena, från de två strålningskällornas halvclrkelformade ytor (3, 4), som når det clrkulära strålningsledande organet (6), är konstant och oberoende av vinkelläget.

6. Givare enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d a v , att de två strålningskäl- loma (1, 2) matas växelvis med en konstant ström (l), från en gemensam konstantström- generator (28, 29).

7. Givare enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d a v , att de två strålningskällor- na (1, 2) är anbragta tätt intill varande, med en stark termisk koppling, avsedd att utjämna ternperatiirskillnader mellan källorna.

8. Givareenligtkrav7, kännetecknad av,attdenharencentrumaxel (8), som centrerar de två strålningskällomas gemensamma cirkelformade yta, med det strålningsreglerande organet (7) och det cirkulära strålningsledande organet (6), härige- nom kommer temperaturberoende måttförändringar att ske symmetrlskt och i alla radiella riktningar runt centrumaxeln.

9. Givare enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d a v , att mikroprocessom (27) är programmerad att utföra styming av strålnlngskällorna (1, 2) och de slgialomvandlan- de organen (32, 33), samt att beräkna det slutliga mätresultatet (M), så att detta blir med liten onoggrannhet proportionellt mot det strålningsreglerande organets (7) vinkel- läge.

10. Givareenligtkrav9, kännetecknad av,attdenharenpå'detstrål- ningsreglerande organet (7) fastsatt vikt (24), som med tyngdkrafteris hjälp vrider samma organ till ett bestämt läge, så att lodlinien går genom centrumaxeln och viktens tyngd- punkt. 15 463 251

11. ll. Givare enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d a v , att den är infattad i en rätskiva (34) för överföring av lutningsvinkel till givaren (35).

12. Givare enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d a v , att det strålningsreglerande organet (7) kan tillföras en vridningsrörelse, genom en centrumaxel (25), som är för- längd ut genom strâlningskällornas baksida, där den är åtkomlig.

13. Anordning, för mätning av vinkelläge inom området 0-360°, bestående av en kombi- nation av två givare enligt något av f öregâende krav, k ä n n e t e c k n a d a v , att givarna är anordnade så att de två strålningsreglerande organen (7) är kons- tant vinkelförskjutna ca 90° relativt varandra vid alla vinkellägen.